Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.uema.br/jspui/handle/123456789/6765
Título: Polimorfismo em Óxidos: Um Estudo de Primeiros Princípios das Fases Trigonal e Monoclínica do Al2O3
Título(s) alternativo(s): Polymorphism in Oxides: A First-Principles Study of the Trigonal and Monoclinic Phases of Al2O3
Autor(es): Costa, Letícia de Sousa
Orientador: Moucherek, Fernando Marques de Oliveira
Membro da Banca: Tavares, Márcio da Silva
Membro da Banca: Miranda Júnior, Edson Jansen Pedrosa de
Data do documento: 2026-06-24
Editor: Universidade Estadual do Maranhão
Resumo: Entre os óxidos cerâmicos, o óxido de alumínio (Al2O3) se destaca como um dos mais importantes para aplicações tecnológicas avançadas, especialmente no setor aeroespacial, em razão de sua elevada estabilidade térmica, resistência química, propriedades dielétricas e comportamento óptico favorável. Esse material possui um polimorfismo bastante rico, com diferentes fases cristalinas coexistindo ou se alterando conforme as condições termodinâmicas e cinéticas, o que leva a diferentes propriedades físicas. A fase trigonal (α-Al2O3, coríndon) é bem caracterizada e utilizada em aplicações severas, mas fases menos estudadas, como a monoclínica, carecem de investigações sistemáticas que relacionem a estrutura cristalina e as propriedades fundamentais. Neste trabalho, são investigadas, por métodos de primeiros princípios baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT), implementados no pacote computacional CASTEP usando diversas aproximações para os funcionais de troca e correlação, as fases trigonal e monoclínica do Al2O3, as propriedades estruturais, eletrônicas, ópticas e termodinâmicas são estudadas, como constantes de rede, densidade de estados eletrônicos, funções dielétricas, espectros de absorção óptica, entalpia, entropia e energia livre, para entender como o polimorfismo influencia o comportamento físico do material. Os resultados evidenciam que a fase trigonal é a mais estável termodinamicamente em uma vasta gama de temperaturas, possui rigidez estrutural elevada e um comportamento óptico que é compatível com seu uso consolidado em sistemas de proteção térmica e em componentes estruturais. Por sua vez, a fase monoclínica exibe propriedades ópticas e dielétricas distintas, em função de sua menor simetria cristalina e complexidade vibracional, o que pode indicar um potencial emergente para aplicações em ambientes aeroespaciais, tais como revestimentos seletivos, componentes dielétricos, filtros ópticos e dispositivos que funcionam sob condições de intensa radiação e temperatura extrema. Deste modo, este trabalho avança o conhecimento acerca da interrelação entre a estrutura cristalina e as propriedades físicas do Al2O3, oferecendo uma fundamentação teórica robusta que pode ser explorada em busca de novas aplicações no setor aeroespacial, sobretudo no que diz respeito à fase monoclínica, além de indicar caminhos frutíferos para futuras investigações nas áreas de propriedades mecânicas, vibracionais e validações experimentais. Além disso, uma análise cientométrica das publicações sobre Al2O3, com base nas bases de dados Scopus e Web of Science, é realizada para traçar a evolução dos estudos, as tendências de pesquisa, os principais centros de investigação e as áreas em expansão de aplicação. O crescimento do interesse científico nas propriedades funcionais da alumina, evidenciado nesta análise, reforça a importância atual dos estudos dedicados ao polimorfismo e a fases menos exploradas.
Resumo: Among ceramic oxides, aluminum oxide (Al2O3) stands out as one of the most important materials for advanced technological applications, especially in the aerospace sector, due to its high thermal stability, chemical resistance, dielectric properties, and favorable optical behavior. This material exhibits a very rich polymorphism, with different crystalline phases coexisting or transforming depending on thermodynamic and kinetic conditions, which leads to distinct physical properties. The trigonal phase (α-Al2O3, corundum) is well characterized and widely used in severe applications; however, less-studied phases, such as the monoclinic one, still lack systematic investigations that relate crystal structure to fundamental properties. In this work, the trigonal and monoclinic phases of Al2O3 are investigated using first-principles methods based on Density Functional Theory (DFT), employing different exchange–correlation functional approximations. Structural, electronic, optical, and thermodynamic properties are analyzed, including lattice parameters, electronic density of states, dielectric functions, optical absorption spectra, enthalpy, entropy, and free energy, in order to understand how polymorphism influences the physical behavior of the material. The results show that the trigonal phase is thermodynamically the most stable over a wide temperature range, exhibits high structural rigidity, and presents optical behavior consistent with its established use in thermal protection systems and structural components. In contrast, the monoclinic phase displays distinct optical and dielectric properties due to its lower crystal symmetry and greater vibrational complexity, which suggests emerging potential for applications in aerospace environments, such as selective coatings, dielectric components, optical filters, and devices operating under intense radiation and extreme temperature conditions. In addition, a scientometric analysis of publications on Al2O3 is carried out based on the Scopus and Web of Science databases to map the evolution of studies, research trends, leading research centers, and expanding application areas. The growth of scientific interest in the functional properties of alumina, evidenced by this analysis, reinforces the current relevance of studies devoted to polymorphism and to less-explored phases. Thus, this work advances the understanding of the interrelationship between crystal structure and the physical properties of Al2O3, providing a robust theoretical foundation that can be exploited in the search for new aerospace applications, particularly with regard to the monoclinic phase, while also indicating promising directions for future investigations involving mechanical and vibrational properties and experimental validation.
Palavras-chave: Óxido de Alumínio
DFT
Fase Monoclínica
Fase Trigonal
Materiais Aeroespaciais
Aluminum Oxide
Monoclinic Phase
Trigonal Phase
Aerospace Materials
Aparece nas coleções:Mestrado em Engenharia Aeroespacial - CCT - Dissertações

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
DISSERTAÇÃO - LETÍCIA DE SOUSA COSTA - PPGEA CCT UEMA - 2026.pdfPDF/A54.75 MBAdobe PDFVisualizar/Abrir


Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.